Benzene on graphene: Types of domain boundaries
DOI (Low Temperature Physics):
https://doi.org/10.1063/10.0044470Ключові слова:
graphene adsorption, benzene, van der Waals system, domain boundaryАнотація
Показано, що для системи молекул бензолу, адсорбованих на поверхні графену, існує багатий набір лінійних топологічних дефектів — доменних меж. Це типова система з взаємодією 1034 Ван-дер-Ваальса. Раніше ми ввели векторний параметр порядку (OP) як перехід від симетричного до стабільного несиметричного положення та показали існування лівих та правих доменів, пов'язаних з двоатомною елементарною коміркою графену. Вперше виявлено існування доменних меж 180°, 120°, 60° та 0° для відносної орієнтації векторів OP. Показано, що для опису доменної межі потрібно знати топологію сусідніх доменів (лівих або правих), відносного напрямку та довжини векторів OP. Додаткову інформацію можна отримати з напрямку та довжини лінії межі. Введено топологічні правила відбору для можливих та заборонених кутів доменних меж. Розраховано кількість можливих пар доменів (меж). Зазначено, що домен та доменні межі в цій системі можуть бути штучно створені або виникати природним шляхом; їх можна використовувати для модифікації електронних та механічних властивостей досліджуваної системи.
Посилання
1. C.-H. Kim and I. Kymissis, “Graphene-organic hybrid electronics,” J. Mater. Chem. C 5, 4598 (2017). https://doi.org/10.1039/C7TC00664K
2. C. Lechner and A. F. Sax, “Adhesive forces between aromatic molecules and graphene,” J. Phys. Chem. C 118, 20970 (2014). https://doi.org/10.1021/jp505894p
3. A. J. Oyer, J.-M. Y. Carrillo, C. C. Hire, H. C. Schniepp, A. D. Asandei, and A. V. Dobrynin, and D. H. Adamson, “Stabilization of graphene sheets by a structured benzene/hexafluorobenzene mixed solvent,” J. Am. Chem. Soc. 134, 5018 (2012). https://doi.org/10.1021/ja211225p
4. E. J. Duplock and M. Scheffler, and P. J. D. Lindan, “Hallmark of perfect graphene,” Phys. Rev. Lett. 92, 225502 (2004). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.92.225502
5. J. Ito, J. Nakamura, and A. Natori, “Semiconducting nature of the oxygen-adsorbed graphene sheet,” J. Appl. Phys. 103, 113712 (2008). https://doi.org/10.1063/1.2939270
6. K. T. Chan and J. B. Neaton, and M. L. Cohen, “first-principles study of metal adatom adsorption on graphene,” Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 77, 235430 (2008). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.77.235430
7. M. Farjam and H. Rafii-Tabar, “Energy gap opening in submonolayer lithium on graphene: Local density functional and tight-binding calculations,” Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 79, 045417 (2009). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.79.045417
8. M. Y. Han, B. Özyilmaz, Y. Zhang, and P. Kim, “Energy band-gap engineering of graphene nanoribbons,” Phys. Rev. Lett. 98, 206805 (2007). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.206805
9. A. Karton, “Π–π interactions between benzene and graphene by means of large-scale DFT-D4 calculations,” Chem. Phys. 561, 111606 (2022). https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2022.111606
10. M. Rapacioli and N. Tarrat, “Periodic dftb for supported clusters: Implementation and application on benzene dimers deposited on graphene,” Computation 10, 39 (2022). https://doi.org/10.3390/computation10030039
11. X. Zhang, Z. Wang, and J. Guo, “Strength and stability of π–π interaction between substituted benzene ring structures and graphene: Theoretical and molecular dynamics study,” Sep. Purif. Technol. 355, 129678 (2025). https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.129678
12. V. Mehmeti and M. Sadiku, “A comprehensive DFT investigation of the adsorption of polycyclic aromatic hydrocarbons onto graphene,” Computation 10, 68 (2022). https://doi.org/10.3390/computation10050068
13. A. Z. Alzahrani, “Structural and electronic properties of graphene upon molecular adsorption: DFT comparative analysis,” Graphene Simulation 1, 21 (2011).https://doi.org/10.5772/20356
14. X. Zhang and J. Guo, “Adsorption, stability and evolution path of benzene on graphene surface: Size and edge effects,” Appl. Surf. Sci. 571, 151376 (2022). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.151376
15. C. Song, J.-G. Guo, and X.-R. Zhang, “Effect of temperature on adsorption behavior and micromechanical mechanism between graphene and benzene,” Surf. Interfaces 55, 105464 (2024). https://doi.org/10.1016/j.surfin.2024.105464
16. X.-R. Zhang, J.-G. Guo, and L.-J. Zhou, “Experimental and theoretical investigation on the adsorption properties of benzene on graphene surface: Influence of pH and edge effects,” Chem. Eng. J. 440, 135794 (2022). https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135794
17. H. Sevinçli, M. Topsakal, E. Durgun, and S. Ciraci, “Electronic and magnetic properties of 3D transition-metal atom adsorbed graphene and graphene nanoribbons,” Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 77, 195434 (2008). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.77.195434
18. H. Zhao, Z. Tang, Z. Wang, J. Li, Z. Hu, Q. Wang, Q. Yu, X. Zhang, B. Zhou, and E. Meng, “Quantitative simulation of nitrogen doping effects on benzene selective adsorption by activated carbon in aqueous conditions,” Environ. Pollut. 340, 122819 (2024). https://doi.org/10.1016/j.envpol.2023.122819
19. V. A. Lykah and E. S. Syrkin, “Domains of the adsorbed benzene monolayer on graphene,” Low Temp. Phys. 48, 353 (2022) [Fiz. Nizk. Temp. 48, 398 (2022)]. https://doi.org/10.1063/10.0009743
20. M. Li, T. Deng, B. Zheng, Y. Zhang, Y. Liao, and H. Zhou, “Effect of defects on the mechanical and thermal properties of graphene,” Nanomaterials 9, 347 (2019). https://doi.org/10.3390/nano9030347
